- •Кристаллография и минералогия
- •Для студентов высших учебных заведений
- •Предисловие
- •Содержание
- •Введение
- •Основы кристаллографии
- •Глава 1. Аморфные и кристаллические вещества
- •Историческая справка о развитии геолого-минералогических наук. Закон Стенона
- •1.3 Аморфные и кристаллические вещества
- •1.4 Основные свойства кристаллов
- •Глава 2. Зарождение и рост кристаллов
- •2.1 Пути образования кристаллов
- •2.2 Выращивание кристаллов из растворов
- •Факторы, влияющие на облик кристаллов
- •Практическое значение кристаллизации растворов в технологии силикатов
- •2.5 Кристаллизация из расплавов и стекол
- •2.6. Промышленные методы выращивания кристаллов
- •Глава 3. Симметрия кристаллов и их классификация
- •3.1 Элементы симметрии
- •Р исунок 3.1 - Центр симметрии
- •3.2 Взаимодействие между элементами симметрии в кристалле
- •3.3 Классификация кристаллов
- •Глава 4. Простые формы и их комбинации в кристаллах различных сингоний
- •4.1 Распределение простых форм по сингониям и категориям
- •Расшифровка комбинированных форм
- •Глава 5. Установка кристаллов. Определение индексов граней
- •5.1 Понятие о кристаллографических символах
- •Установка кристаллов
- •5.3 Закон Гаюи
- •5.4 Практические рекомендации по определению кристаллографических символов
- •Глава 6. Стереографические проекции кристаллов
- •6.1 Принципы стереографического проектирования
- •6.2 Проектирование элементов симметрии кристаллов
- •Глава 7. Изучение пространственной решетки
- •7.1 Решетки Браве
- •7.2 Определение формульной единицы
- •7.3 Координационные числа и координационные многогранники
- •Глава 8. Плотнейшие упаковки
- •8.1 Понятие о кристаллохимическом радиусе
- •8.2 Виды плотнейших упаковок в структурах
- •8.3 Доля заполненных пустот
- •Глава 9. Типы физико-химических связей в кристаллах
- •9.1 Типы кристаллических структур
- •9.2 Металлический тип связи
- •9.3 Ионная или гетерополярная связь
- •9.4 Ковалентная (гомеополярная) или атомная связь
- •9.6 Водородная связь
- •9.7 Явление поляризации в кристаллических телах
- •Глава 10. Полиморфизм, изоморфизм
- •10.1 Определение полиморфизма, его типы
- •10.2 Примеры полиморфных переходов
- •10.3. Полиморфные превращения в системе SiO2
- •10.4 Понятие об изоморфизме
- •10.5 Виды изоморфизма
- •Глава 11. Главнейшие типы кристаллических структур
- •11.1 Способы моделирования кристаллов. Метод координационных полиэдров
- •11.2 Понятие о структурном типе
- •11.3 Примеры основных структурных типов
- •Тема 12. Кремнекислородные структуры
- •12.1 Особенности строения силикатов
- •12.2 Состав силикатов в виде структурных формул
- •12.3 Классификация силикатов по типу кремнекислородных группировок (радикалов, мотивов)
- •12.4 Особенности структур кварца, тридимита, кристобалита
- •Глава 13. Дефекты кристаллической решетки
- •13.1 Классификация дефектов кристаллической решетки
- •13.2 Нульмерные (точечные) дефекты
- •13.3 Линейные дефекты
- •13.4 Свойства дислокации
- •13.5 Влияние дислокации на скорость роста кристаллов
- •Минералогия
- •Глава 14. Минералогия. Свойства минералов
- •14.1 Наука «минералогия» и объекты ее исследования. Написание формул минералов
- •14.2 Морфология минералов
- •14.3 Явление двойникования и эпитаксии в реальных кристаллах
- •14.4 Физико-химические свойства минералов
- •Тема 15. Геологические процессы образования минералов
- •15.1. Классификация минералов и горных пород по генезису
- •15.2.Эндогенные процессы образования минералов и пород
- •15.3 Экзогенные процессы минералообразования
- •15.4 Метаморфические процессы минералообразования
- •Глава 16. Классификация минералов. Особенности различных классов минералов
- •16.1 Классификация минералов по с.Д. Четверикову
- •16.2 Класс самородных элементов
- •16.3 Сульфиды. Сульфаты
- •16.4 Галоидные соединения. Бораты. Фосфаты
- •16.5 Карбонаты. Нитраты
- •16.6 Оксиды и гидроксиды
- •Глава 17. Силикаты
- •Основные сведения о силикатах
- •17.2 Островные силикаты
- •17.3 Цепочечные и ленточные силикаты
- •17.4 Слоистые силикаты
- •17.5 Каркасные силикаты
- •Литература
13.2 Нульмерные (точечные) дефекты
К точечным дефектам относят:
- твердые растворы замещения, внедрения;
- дефекты по Шотки и Френкелю.
Дефекты по Шотки и Френкелю относятся к тепловым равновесным дефектам.
Атом или ион может переместиться из узла решетки, оставляя там вакансию, в междоузлие, удаленное от узла на некоторое расстояние. Пара вакансия-междоузельный атом (ион) называется дефектом по Френкелю. Если атом (ион) уходит за пределы решетки на поверхность кристалла, достраивая ее, то в решетке остаются только вакансии. Такой вид дефектов в виде незанятых (вакантных) узлов решетки называется дефектом по Шоттки.
Рисунок 13.1 – Дефекты по Френкелю (а) и по Шоттки (б)
Основная причина образования этих дефектов – тепловые колебания атомов, причем каждой температуре соответствует их определенная равновесная концентрация в кристалле.
Присутствие в кристалле точечных дефектов и способность их к миграции обуславливают ионную (электрическую) проводимость и процессы массопереноса (диффузии) в кристаллической решетке (в бездефектном идеальном кристалле процесс массопереноса практически невозможен).
В связи с этим, присутствие точечных дефектов сильно ускоряет такие важные в технологии силикатов процессы, как твердофазные реакции, спекание, рекристаллизация и т.д., скорость, которых определяется скоростью диффузии материальных частиц.
Образование дефектов по Шоттки приводит к росту объема кристалла (кристалл «распухает» за счет достраивания поверхности атомами, удаляющимися из узлов решетки) и понижению его плотности.
Точечные дефекты также возникают при облучении кристалла потоком частиц высоких энергий (в ядерных реакторах или космосе). Они выбивают атомы из положения равновесия и создают множество нарушений в структуре. Известно «распухание» урановых или графитовых стержней в ядерных реакторах (увеличение объема на 30%).
13.3 Линейные дефекты
Такие дефекты представляют собой нарушение правильности структуры вдоль линии (не обязательно прямой).
Нестабильные – цепочки вакансий и междоузельных атомов.
Устойчивые (стабильные) – дислокации, нарушающие правильное чередование атомных плоскостей. В отличие от точечных дефектов, нарушающих ближний порядок, дислокации нарушают дальний порядок в кристалле, нарушая всю его структуру.
Существуют два вида линейных дефектов: краевой и винтовой. И те, и другие возникают при сдвиге одной части кристалла относительно другой.
Кристалл с правильной решеткой можно изобразить в виде семейства параллельных атомных плоскостей; если одна из них обрывается внутри кристалла, ее край образует краевую дислокацию (рис. 13.2).
Рисунок 13.2 – Линейные дефекты
Экстраплоскость (оборванная внутри кристалла) действует как клин, создавая сильное искажение вдоль своего нижнего края. Сверху кристалл сжат, снизу растянут.
Краевые дефекты условно разделяются на положительные (экстраплоскость сверху) и отрицательные (экстраплоскость снизу). Одноименные дислокации отталкиваются, а разноименные – притягиваются и ликвидируются при скольжении в одной плоскости.
В винтовой дислокации ни одна из атомных плоскостей не обрывается внутри кристалла, но сами плоскости приблизительно параллельны и смыкаются друг с другом так, что фактически кристалл состоит из единственной винтообразно изогнутой атомной плоскости. Может быть левой и правой. Направление вращения у винтовых дислокаций играет ту же роль, что знак у краевых дислокаций: две правые и две левые отталкиваются, а правые и левые притягиваются.